ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, 2022,  № 1

Высокотемпературные коррозионностойкие керамические композиционные материалы
на основе соединений системы (Si – B – C – N) (обзор)


Т. Н. Сметюхова, А. А. Бармин, Л. Е. Агуреев, Р. И. Рудштейн,
И. Н. Лаптев, А. В. Иванов, Б. С. Иванов


На основании анализа отечественных и зарубежных научных публикаций проведена систематизация имеющейся информации о достигнутых результатах в области разработки перспективных материалов на основе двух-, трёх- и четырёхкомпонентных соединений системы (Si – B – C – N), таких как нитриды, карбиды, бориды, карбонитриды кремния и бора, борокарбонитрид кремния. Приведены сведения об их структуре, свойствах и методах получения. Рассмотрена зависимость свойств волокон, монолитов и композиционных материалов от химического состава и структуры Si – B – C – N-соединений. Представлены результаты испытаний готовых изделий при высоких температурах в окислительной среде. Описаны перспективы применения материалов системы (Si – C – N – В) в промышленности и технике для изготовления деталей и узлов, предназначенных для работы при высоких температурах в условиях механического нагружения в агрессивных средах.


Ключевые слова: карбонитрид кремния, карбонитрид бора, борокарбонитрид кремния, волокна, композиционные материалы.


DOI: 10.30791/1028-978X-2022-1-5-21

Сметюхова Татьяна Николаевна — Акционерное общество Государственный научный центр Российской Федерации “Исследовательский центр имени
М.В. Келдыша” (125438, Москва, Онежская ул., 8), научный сотрудник, cпециалист в области наноматериалов и нанотехнологий. E-mail: smetyukhova.t.n@yandex.ru; nanocentre@kerc.msk.ru.

Бармин Александр Александрович — Акционерное общество Государственный научный центр Российской Федерации “Исследовательский центр имени
М.В. Келдыша” (125438, Москва, Онежская ул., 8), ведущий научный сотрудник, cпециалист в области керамики, наноматериалов и нанотехнологий. E-mail: nanocentre@kerc.msk.ru.

Агуреев Леонид Евгеньевич — Акционерное общество Государственный научный центр Российской Федерации “Исследовательский центр имени
М.В. Келдыша” (125438, Москва, Онежская ул., 8), старший научный сотрудник, cпециалист в области наноматериалов и нанотехнологий. E-mail:
nanocentre@kerc.msk.ru.

Рудштейн Роман Ильич — Акционерное общество Государственный научный центр Российской Федерации “Исследовательский центр имени М.В. Келдыша” (125438, Москва, Онежская ул., 8), старший научный сотрудник, cпециалист в области керамики, наноматериалов и нанотехнологий. E-mail:
nanocentre@kerc.msk.ru.

Лаптев Иван Николаевич — Акционерное общество Государственный научный центр Российской Федерации “Исследовательский центр имени М.В. Келдыша” (125438, Москва, Онежская ул., 8), инженер 1 категории, cпециалист в области механических испытаний материалов. E-mail: nanocentre@kerc.msk.ru.

Иванов Андрей Владимирович — Акционерное общество Государственный научный центр Российской Федерации “Исследовательский центр имени
М.В. Келдыша” (125438, Москва, Онежская ул., 8), инженер 1 категории, cпециалист в области получения керамических материалов. E-mail:
nanocentre@kerc.msk.ru.

Иванов Борис Сергеевич — Акционерное общество Государственный научный центр Российской Федерации “Исследовательский центр имени М.В. Келдыша” (125438, Москва, Онежская ул., 8), научный сотрудник, cпециалист в области наноматериалов и нанотехнологий. E-mail: nanocentre@kerc.msk.ru.

Ссылка на статью:

Сметюхова Т.Н., Бармин А.А., Агуреев Л.Е., Рудштейн Р.И., Лаптев И.Н., Иванов А.В., Иванов Б.С. Высокотемпературные коррозионностойкие керамические композиционные материалы на основе соединений системы (Si – B – C – N) (обзор). Перспективные материалы, 2022, № 1, с. 5 – 21. DOI: 10.30791/1028-978X-2022-1-5-21

Условия кристаллизации слитков
высокопрочных алюминиевых сплавов
с повышенным содержанием циркония


С. Г. Бочвар, Н. Д. Шанин, В. И. Тарарышкин, П. Ю. Предко


Изучена структура модельных сплавов системы алюминий – цирконий, а также промыш­ленного сплава типа 1973 с повышенным содержанием циркония после быстрого охлаждения до температур жидко-твердой области и изотермических выдержек при этих температурах. Показано, что при рассмотрении первичной кристаллизации интерметаллических выделений с малым темпом кристаллизации целесообразно использовать модель распада пересыщенных твердых растворов. Установлено, что после образования частиц Al3Zr, содержание циркония в твердом растворе в центре и на границе зерна уменьшается. При определенных условиях кристаллизации существует инкубационный период выделения интерметаллидов циркония. Показано, что время инкубационного периода для сплава с 0,25 масс. % циркония составляет более 2 мин, а при 0,5 масс. % циркония — менее 0,5 мин. Величина дендритного параметра сплава типа 1973 с повышенным содержанием циркония при двустадийной кристаллизации соответствует известной закономерности изменения дендритного параметра от скорости охлаждения. Опробовано литье слитков сплава типа 1960 с 0,27 масс. % Zr по технологии двустадийного охлаждения с использованием водоохлаждающего лотка. Это позволило получить слитки диаметром 84 мм без образования первичных интерметаллидов. Механические свойства штамповок из таких слитков показалиприрост пластичности на 20 % при сохранении прочностных характеристик.


Ключевые слова: алюминиевые сплавы, алюминиды циркония, литье, модифицирование, твердожидкое состояние, высокая скорость охлаждения.


DOI: 10.30791/1028-978X-2022-1-22-33

 

Бочвар Сергей Георгиевич — Институт металлургии и материаловедения
им. А.А. Байкова Российской академии наук (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), доктор технических наук, ведущий научный сотрудник, специалист в области материаловедения алюминиевых сплавов. E-mail: sbochvar@imet.ac.ru.

Шанин Николай Дмитриевич — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (119334, Москва, Ленинский проспект, 49) кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области обработки металлов давлением. E-mail:
metagran@mail.ru.

Тарарышкин Виктор Иванович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (119334, Москва, Ленинский проспект, 49) кандидат технических наук, научный сотрудник, специалист в области литья алюминиевых и магниевых сплавов.

Предко Павел Юрьевич — ОАО Всероссийский институт лёгких сплавов (121596, Москва, ул. Горбунова, 2), ведущий инженер-технолог, специалист в области сварки и литья алюминиевых и магниевых сплавов. E-mail: predko626@gmail.com.

Ссылка на статью:

Бочвар С.Г., Шанин Н.Д., Тарарышкин В.И., Предко П.Ю. Условия кристаллизации слитков высокопрочных алюминиевых сплавов с повышенным содержанием циркония. Перспективные материалы, 2022, № 1, с. 22 – 33. DOI: 10.30791/1028-978X-2022-1-22-33

 

Сорбционно-десорбционные свойства нанокомпозита оксид графена/полигидрохинон
при извлечении редкоземельного элемента
Sm (III) из уксусно-ацетатных
буферных систем


А. В. Бабкин, Е. А. Нескоромная, И. В. Буракова,
 А. Е. Бураков, Э. С. Мкртчян, А. Г. Ткачев


Рассмотрен процесс извлечения редкоземельных элементов (на примере Sm3+) из водных буферных систем наноструктурированным композитным материалом на основе графена, модифицированного органическим полимером — полигидрохиноном. Определены важные параметры сорбции-десорбции ионов Sm3+ на новом нанокомпозите “оксид графена/полигидрохинон” в ограниченном объеме, такие как: начальная концентрация, масса навески сорбента, pH среды, константы скорости сорбции, предельная сорбционная емкость материала, процент сорбции и десорбции, энтропия и энтальпия процесса извлечения Sm3+. Построенные кинетические, изотермические и термодинамические зависимости позволили предложить механизмы удаления ионов Sm3+. Кинетические данные были обработаны различными моделями псевдо-первого и псевдо-второго порядка. В результате определено время наступления сорбционного равновесия, которое составило 15 мин, при этом сорбционная емкость — 100 мг/г. Установлено, что поглощение ионов Sm3+ проходит по смешанно-диффузионному механизму, а также лимитируется взаимодействием между сорбтивом и функциональными группами нанокомпозита. Согласно модели Ленгмюра, предельная сорбционная емкость сорбента составила 333,3 мг/г. В ходе экспериментальных исследований подтверждена высокая эффективность разработанного нанокомпозита “оксид графена/полигидрохинон” для очистки водных сред от редкоземельных элементов.


Ключевые слова: оксид графена, хинон, редкоземельные элементы, самарий, адсорбция, десорбция, кинетика, изотермы, термодинамика.


DOI: 10.30791/1028-978X-2022-1-34-48

Бабкин Александр Викторович — Тамбовский государственный технический университет (г. Тамбов, 392000, ул. Ленинградская, д. 1), кандидат технических наук, старший преподаватель, специалист в области адсорбционных технологий и синтеза УНМ. E-mail: flex_trol@mail.ru.

Нескоромная Елена Анатольевна — Тамбовский государственный технический университет (Тамбов, 392000, ул. Ленинградская, 1), кандидат технических наук, старший преподаватель, специалист в области адсорбционных технологий и синтеза УНМ. E-mail: lenok.n1992@mail.ru.

Буракова Ирина Владимировна — Тамбовский государственный технический университет (Тамбов, 392000, ул. Ленинградская, 1), кандидат технических наук, доцент, специалист в области адсорбционных технологий и синтеза УНМ. E-mail: iris_tamb68@mail.ru.

Бураков Александр Евгеньевич — Тамбовский государственный технический университет (Тамбов, 392000, ул. Ленинградская, 1), кандидат технических наук, доцент, специалист в области адсорбционных технологий и синтеза УНМ. E-mail: m-alex1983@yandex.ru.

Мкртчян Элина Сааковна — Тамбовский государственный технический университет (Тамбов, 392000, ул. Ленинградская, 1), аспирант, специалист в области адсорбционных технологий и синтеза УНМ.
E-mail: elina.mkrtchyan@yandex.ru.

Ткачев Алексей Григорьевич — Тамбовский государственный технический университет (Тамбов, 392000, ул. Ленинградская, 1), доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой, специалист в области углеродных наноматериалов. E-mail: nanotam@yandex.ru.

Ссылка на статью:

Бабкин А.В., Нескоромная Е.А., Буракова И.В., Бураков А.Е., Мкртчян Э.С., Ткачев А.Г. Сорбционно-десорбционные свойства нанокомпозита оксид графена/полигидрохинон при извлечении редкоземельного элемента Sm (III) из уксусно-ацетатных буферных систем. Перспективные материалы, 2022, № 1, с. 34 – 48. DOI: 10.30791/1028-978X-2022-1-34-48

 

Синтез и свойства полиакриламидных феррогелей, наполненных магнитными наночастицами гексаферрита стронция


Е. А. Михневич, А. П. Сафронов


Синтезированы и изучены феррогели на основе полиакриламида, наполненные магнитными частицами гексаферрита стронция SrFe12O19 при их содержании до 17,9 масс. %. Калориметрическим методом с использованием термохимического цикла определена энтальпия адгезии полиакриламида к поверхности частиц. Ее отрицательные значения свидетельствуют о хорошей адгезии. Это приводит к значительному уменьшению степени набухания феррогелей при увеличении содержания частиц. Измерен модуль упругости феррогелей при одноосном сжатии при наложении внешнего однородного магнитного поля 27,5 мТл и без него. Исследовано влияние однородного магнитного поля 420 мТл на магнитострикцию феррогелей. Показано, что феррогели на основе полиакриламида, наполненные гексаферритом стронция, испытывали всесторонное растяжение в магнитном поле, приводящее к увеличению их объема и дополнительному набуханию.


Ключевые слова: феррогель, магнитное поле, модуль упругости.


DOI: 10.30791/1028-978X-2022-1-49-59

Михневич Екатерина Андреевна — Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (Екатеринбург, 620006, проспект Мира, 19), аспирант, лаборант-исследователь, специалист в области химии и науки о материалах. Е-mail: emikhnevich93@gmail.com.

Сафронов Александр Петрович — Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (Екатеринбург, 620006, проспект Мира, 19), доктор физико-математических наук, профессор, специалист в области химии и науки о материалах. Е-mail: alexander.safronov@urfu.ru.

Ссылка на статью:

Михневич Е.А., Сафронов А.П. Синтез и свойства полиакриламидных феррогелей, наполненных магнитными наночастицами гексаферрита стронция. Перспективные материалы, 2022, № 1, с. 49 – 59. DOI: 10.30791/1028-978X-2022-1-49-59

 

Исследование структуры и коррозионной
стойкости титановых сплавов,
полученных методом электроимпульсного (искрового) плазменного спекания


А. В. Нохрин, П. В. Андреев, М. С. Болдин,
В. Н. Чувильдеев, М. К. Чегуров, К. Е. Сметанина,
А. А. Назаров, Г. В. Щербак,
А. А. Мурашов, Г. С. Нагичева


Исследованы структура и коррозионная стойкость образцов титановых сплавов ВТ1-0 (α-сплав), ПТ-3В (псевдо-α сплав) и ВТ6 (α + β-сплав), полученных из порошков сплавов методом электроимпульсного (“искрового”) плазменного спекания (ЭИПС). Проведены исследования микроструктуры, фазового состава, микротвердости. Показано, что образцы сплавов имеют однородную высокоплотную микроструктуру и высокие значения микротвердости. Установлено, что титановые сплавы обладают высокой стойкостью против электрохимической коррозии при испытаниях в кислотном водном растворе, провоцирующем межкристаллитную коррозию, а также высокой стойкостью к горячей солевой коррозии. При длительных (500 ч) испытаниях на горячую солевую коррозию при температуре 250 °С образцы титана ВТ1-0 разрушаются по механизму общей (равномерной) коррозии, а образцы сплавов Ti – Al – V марки ПТ-3В и ВТ-6 — по механизму межкристаллитной коррозии. Высокая коррозионная стойкость спеченных титановых сплавов обусловлена малой объемной долей частиц β-фазы, малой концентрацией ванадия на границах зерен сплавов, а также положительным влиянием углерода. Сделано предположение, что высокая твердость сплавов, а также различия в коррозионной стойкости центральной и боковой поверхности образцов обусловлены диффузией углерода из графитовой пресс-формы в поверхность образца.


Ключевые слова: титан, спекание, плотность, границы зерен, коррозионная стойкость.


DOI: 10.30791/1028-978X-2022-1-60-73

Нохрин Алексей Владимирович — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией, специалист в области диффузионных процессов. E-mail: nokhrin@nifti.unn.ru.

Андреев Павел Валерьевич — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник, специалист в области рентгеновских методов исследований. E-mail: andreev@phys.unn.ru.

Болдин Максим Сергеевич — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией, специалист в области электроимпульсного (“искрового”) плазменного спекания. E-mail: boldin@nifti.unn.ru.

Чувильдеев Владимир Николаевич — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), доктор физико-математических наук, профессор, директор, специалист в области диффузионных процессов. E-mail: chuvildeev@nifti.unn.ru.

Чегуров Михаил Константинович — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), кандидат технических наук, доцент, инженер, специалист в области коррозионных испытаний. E-mail:
mkchegurov@nifti.unn.ru.

Сметанина Ксения Евгеньевна — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), лаборант, специалист в области рентгеновских исследований. E-mail: smetanina@nifti.unn.ru.

Назаров Артем Александрович — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), студент, специалист в области рентгеновских исследований. E-mail: nazarov.artem6230@gmail.com.

Щербак Глеб Вячеславович — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), лаборант, специалист в области механических испытаний. E-mail: scherbak@nifti.unn.ru.

Мурашов Артём Александрович — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), инженер, специалист в области электронной микроскопии. E-mail: aamurashov@nifti.unn.ru.

Нагичева Галина Сергеевна — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), лаборант, специалист в области микроскопии. E-mail: nagicheva@nifti.unn.ru.

Ссылка на статью:

Нохрин А.В., Андреев П.В., Болдин М.С., Чувильдеев В.Н., Чегуров М.К., Сметанина К.Е., Назаров А.А., Щербак Г.В., Мурашов А.А., Нагичева Г.С. Исследование структуры и коррозионной стойкости титановых сплавов, полученных методом электроимпульсного (искрового) плазменного спекания. Перспективные материалы, 2022, № 1, с. 60 – 73. DOI: 10.30791/1028-978X-2022-1-60-73

 

Физико-механические свойства
бутадиен-нитрильных резин,
модифицированных концентратами
одностенных углеродных нанотрубок


Р. В. Карпунин, М. С. Коротков, А. Ю. Скуратов,
А. А. Хасин


Одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ) были введены в резины на основе бутадиен-нитрильного каучука, наполненные 60 масс. ч. технического углерода, с использованием концентратов предварительно диспергированных нанотрубок в растворе бутадиен-нитрильного каучука в дибутилфталате. Показано, что добавление 0,15 масс. % ОУНТ позволяет понизить удельное объёмное электрическое сопротивление на 4 порядка от 2,3·106 и до 7,9·102Ом·см и увеличить условные напряжения при 50 и 100 % удлинениях на 50 и 30 %, соответственно. Условные напряжения при заданном удлинении 50 или 100 % и сопротивление раздиру линейно зависят от содержания ОУНТ в нанокомпозите в исследованном диапазоне концентраций до 0,5 масс. %, при этом относительное удлинение при разрыве и условная прочность резины остаются неизменными в пределах погрешности метода измерения. Удельное объёмное электрическое сопротивление зависит от концентрации ОУНТ в резине по степенному закону Киркпатрика с порогом перколяции 0,05 масс. % и при содержании ОУНТ 0,5 масс. % приближается к 10 Ом·см.


Ключевые слова: одностенные углеродные нанотрубки, резины на основе бутадиен-нитрильного каучука.


DOI: 10.30791/1028-978X-2022-1-74-84

Карпунин Руслан Владимирович — ООО “Тюбол Центр НСК” (Новосибирск, 630090, ул. Инженерная, 24), научный сотрудник, специалист в области химии и технологии переработки эластомеров. E-mail: karpunin.rv@ocsial.com.

Коротков Максим Сергеевич — Новосибирский государственный университет Физический факультет (630090, Новосибирская область, г. Новосибирск, ул. Пирогова, 2), магистрант, специалист в области нанокомпозитных материалов. E-mail: m.korotkov1@g.nsu.ru.

Скуратов Андрей Юрьевич — ООО “Тюбол Центр НСК” (Новосибирск, 630090, ул. Инженерная, 24), научный сотрудник, специалист в области химии и технологии переработки эластомеров. E-mail: skuratov.ay@ocsial.com.

Хасин Александр Александрович — ООО “Тюбол Центр НСК” (Новосибирск, 630090, ул. Инженерная, 24), доктор химических наук, ведущий научный сотрудник; Новосибирский государственный университет (630090, Новосибирская область, г. Новосибирск, ул. Пирогова, 2), доцент, специалист в области наноматериалов. E-mail: khasin.aa@ocsial.com.

Ссылка на статью:

Карпунин Р.В., Коротков М.С., Скуратов А.Ю., Хасин А.А. Физико-механические свойства бутадиен-нитрильных резин, модифицированных концентратами одностенных углеродных нанотрубок. Перспективные материалы, 2022, № 1, с. 74 – 84. DOI: 10.30791/1028-978X-2022-1-74-84